Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T09:00:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_RaqueldaCunhaRibeiroda_M.pdf: 5023080 bytes, checksum: 903e427adb9c620ee58193ecd5ca7371 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O armazenamento de calor na forma de calor latente representa uma alternativa de grande potencial em sistemas intermitentes e de conservação. Uma das geometrias menos exploradas na literatura e no campo de aplicação é a geometria cilíndrica com aletas fixadas radialmente ao longo do tubo. As aletas neste caso representam dispositivos para aumentar a taxa de transferência de calor e assim a solidificação do PCM. Com o intuito de aumentar ainda mais a taxa de solidificação do PCM, a inserção de um promotor de turbulência ao longo do tubo, provoca maior agitação e turbulência que por sua vez aumenta o coeficiente de troca de calor e assim a taxa de solidificação do PCM. Assim este estudo visa investigar as influências dos parâmetros geométricos e operacionais sobre a velocidade da interface, tempo de solidificação completa e massa total solidificada e conseqüentemente a energia total armazenada. Na investigação experimental foram testados tubos com diversas aletas variando os diâmetros de 40 a 180 mm, várias vazões de fluido secundário e várias temperaturas de operação com e sem promotor de turbulência e com e sem aletas com o objetivo principal de quantificar os efeitos das aletas e promotor de turbulência sobre a taxa de solidificação ou velocidade da interface, tempo de solidificação completa e a massa solidificada total. Um programa numérico foi adaptado para simular o processo de solidificação em torno de tubo horizontal com aletas radiais. As medidas experimentais são usadas para validação do modelo e confirmar a possibilidade de sua utilização na previsão de desempenho desse tipo de arranjo de tubos. As medidas e as previsões numéricas mostram boa concordância estabelecendo assim a validade do modelo proposto / Abstract: The heat storage in the form of latent heat represents an alternative of great potential in intermittent systems and conservation. One of the geometries less explored in literature and in the field of application is to use a cylindrical geometry with radial fins fixed along the tube. The fins in this case represent devices to increase the rate of heat transfer and thus the solidification of the PCM. In order to further increase the rate of solidification of PCM, the insertion of a promoter of turbulence along the tube, causing further unrest and turmoil, which in turn increases the coefficient of heat exchange and thus the rate of solidification of PCM . So this study aims to investigate the influences of geometric and operational parameters on the interface speed, time to complete solidification and the total mass solidified and therefore the total energy stored. In the experimental investigation were tested with several fins tubes ranging from 40 to 180 mm, number of secondary fluid flow rates and various operating temperatures with and without turbulence promoter and with or without flaps with the main objective to quantify the effect of fins and promoter turbulence on the solidification rate or interface speed, time to complete solidification and total mass solidified. A numerical program was adapted to simulate the process of solidification around horizontal tube with radial vanes. The experimental measurements are used to validate the model and confirm the possibility of its use in forecasting performance of such an arrangement of tubes. Measurements and numerical predictions show good agreement thus establishing the validity of the proposed model / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Luiz Boldrini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-18T03:27:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Assuncao_WelingtonVieira_D.pdf: 1542673 bytes, checksum: ae0d691484b76fdb7b684683e92d9944 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho analisamos dois sistemas de equações diferenciais parciais não lineares que modelam mudanças de fases em materiais viscoelásticos sujeitos à efeitos térmicos. Tais sistemas apresentam uma equação de balanço de energia interna, responsável pela evolução da temperatura, uma equação de evolução para a variável campo de fases, cujos valores determinam a fase do material, e uma equação do balanço de momento que determina os deslocamentos. Nosso primeiro modelo está relacionado com o de Rocca e Rossi no artigo "Analysis of a nonlinear degenerating PDE system for phase transitions in thermoviscoelastic materials", J. Differential Equations 245 (2008), pp. 3327-3375. Elas provaram a existência de soluções locais no tempo com valores inteiramente contidos na zona de mescla entre sólido e líquido (a chamada "mushy zone"). Com a inclusão de dissipação e calor latente constante, no nosso primeiro modelo provamos a existência global no tempo de soluções que podem tocar as chamadas barreiras de potencial, correspondendo a estados puramente líquido ou sólido. Analisamos também o caso de materiais isocóricos, obtendo resultados semelhantes ao do modelo anterior. Para provar a existência de soluções, no primeiro modelo primeiramente obtemos soluções de certos problemas regularizados usando argumentos de pontos fixos; em seguida, por métodos de compacidade, passamos ao limite para obtermos soluções do problema original. Na análise do segundo modelo, além da regularização, usamos uma variante do método de compressibilidade artificial / Abstract: In this work we are interested in analyzing two systems of nonlinear partial differential equations modeling phase changes in viscoelastic materials subject to thermal effects. The systems features an internal energy balance equation, governing the evolution of temperature, an evolution equation for the phase field, whose values determine the state of material, and a moment balance equation governing the displacement. Our first model is related to the one in Rocca and Rossi's paper "Analysis of a nonlinear degenerating PDE system for phase transitions in thermoviscoelastic materials", J. Differential Equations 245 (2008), pp. 3327-3375). In that paper, they proof the existence of local solutions in time with values contained entirely within the region of mixed between solid and liquid (called "mushy zone"). With the inclusion of dissipation and constant latent heat, in our first model we proof the existence of global solutions in time that may touch the potential barriers, which correspond to pure solid or pure liquid states. We also analyzed the case of isochoric materials, obtaining similar results to the previous model. To proof the existence of solutions, in the first model we firstly obtain solutions of certain regularized problems using fixed point arguments; next, by compactness methods, we pass to the limit to obtain solutions of the original problem. In the analysis of the second model, in addition to regularization, we use a variant of artificial compressible method / Doutorado / Analise / Doutor em Matemática

Orientador: Jose Luiz Boldrini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-06T13:01:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calsavara_BiancaMorelliRodolfo_D.pdf: 3864380 bytes, checksum: 70fdcd983958ae1841bf7f8946627c47 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho estudamos dois modelos envolvendo funções campo de fase para solidificação de ligas. O primeiro modelo discutido é um sistema envolvendo duas funções campo de fase e o segundo é um sistema envolvendo três funções campo de fase. Aqui são discutidas existência, regularidade, estabilidade em relação aos dados iniciais e termo forçante e unicidade de solução para os sistemas de equações diferenciais parciais não-lineares que representam tais modelos. Também são discutidos vários problemas de controle ótimo envolvendo esses dois modelos de solidificação. Estes problemas consistem em minimizar um funcional de custo utilizando soluções destes sistemas sob certas restrições. São discutidos aqui problemas envolvendo várias restrições distintas, sendo elas tanto no controle quanto no estado. Para cada um destes problemas é verificada a existência de controle ótimo e também é utilizado o formalismo de Dubovitskii e Milyutin para encontrar condições necessárias de otimalidade / Abstract: In this work we study two phase field models for solidification of alloys involving two and three phase field functions. These models are generalization of model treated by Hoffman and Jiang in [9]. In this work we discuss existence, uniqueness, regularity and continuous dependence of solutions of these systems of differential partial equation. We also deal with some optimal contraI problems involving different constraints; for each such problem we discuss existence of an optimal contraI and we use Dubovitskii and Milyutin formalism to obtain necessary conditions for optimality / Doutorado / Doutor em Matemática

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T02:53:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chaves_RicardoRisso_M.pdf: 6259336 bytes, checksum: 8f28236a72aaf02db8ce4c16083702ab (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: O processo de fusão zonal consiste na passagem de uma ou mais zonas líquidas através de uma barra do material a ser purificado. Como variáveis do processo, tem-se: velocidade de solidificação, gradiente térmico junto à interface sólido-líquido, convecção imposta ao líquido e tamanho da zona líquida. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma solução à baixa produtividade dos métodos de purificação baseados na teoria de solidificação. Inicialmente, o método aqui proposto foi analisado através de sua simulação numérica e de experimentos utilizando ligas de SnPb. As amostras processadas foram caracterizadas pela técnica de espectrometria de absorção atômica. Finalmente, o método concebido foi aplicado à purificação de índio e por meio da técnica de espectrometria de emissão atômica, comprovou-se a viabilidade da técnica concebida. Os resultados obtidos indicam que o método aqui descrito tem maior produtividade que os métodos de fusão zonal tradicionais / Abstract: The zone refining process consists of the movement of one or more melted zones along the bar of the material which purification is desired. This purification process presents as variables: solidification rate, thermal gradient in front of the solid/liquid interface, convection imposed to the liquid and relative size of melted zone. The present work aims to introduce a solution to the problem of low production rate of the purification methods based on the solidification theory. Firstly, the proposed method was investigated by using numerical simulation. In addition, in order to evaluate the performance of this new version of the zone melt technique. an experimental apparatus was examined by the processing of a SnPb alloy. Atomic absorption spectroscopy was used to determine the chemical composition of the samples. Finally, this purification method was used to purify indium, which was characterized by using atomic emission spectrometry analysis. The results obtained show that the method described in this work has better performance than regular zone refining methods / Mestrado / Materiais / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T07:16:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Milenkovic_Srdjan_M.pdf: 7759506 bytes, checksum: e1492d0856f1de4a630a9c9f4d06a4dc (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A busca por materiais estruturais para aplicações em temperaturas elevadas tem estimulado o interesse por ligas eutéticas. Em diversos sistemas, a estrutura eutética exibe estabilidade térmica inerente e pennite obter um material compósito, com microestrutura alinhada e finamente dispersa, diretamente do fundido através da solidificação direcional. Portanto, a solidificação direcional de ligas eutéticas constitui-se em uma ferramenta atraente para produzir uma gama de materiais compósitos, evitando as operações complexas associadas às altas temperaturas envolvidas. O presente trabalho abrangeu a investigação de liga eutética Ni-Si localizada na parcela rica em Ni do diagrama de fase Ni-Si. A elaboração do presente trabalho teve como objetivo principal a investigação da microestrutura de solidificação e as características de morfologia no tocante às condições de solidificação. A caracterização das amostras, além da microscopia óptica e eletrônica de varredura, incluiu o emprego das técnicas de análise ténnica, de difração de raios-X, de espectroscopia por dispersão de energia, bem como ensaios mecânicos. Os resultados obtidos indicam que a solidificação direcional do eutético Ni-Nh Si resulta em uma microestrutura lamelar bem alinhada, sem presença de dendritas ou colônias eutéticas. Além disso, a relação quantitativa entre o espaçamento lamelar e taxa de solidificação foi estabelecida. Os ensaios mecânicos mostraram que um material compósito de alta resistência mecânica e ductilidade razoável foi obtido. Finalmente, constatou-se que apesar da presença de uma fase intermetálica, uma estrutura com alta regularidade foi obtida / Abstract: The search for new high-temperature structural materiaIs has stimulated much interest in eutectic alloys. The eutectic microstructure of many systems posses inherent termal stability and it may result in a composite material, with an aligned, finely dispersed microstructure directly from the melt by directional solidification. Thus, the directional solidification of the eutectic alloys constitutes an attractive mean of producing a variety of composite materials avoiding many of the complex processing operations. The present work is concemed with investigation of the Ni-Si eutectic alloys from the Ni-rich part of the Ni-Si phase diagram. The basic aim was to study the solidification microstructure and morphology characteristics regarding the solidification conditions. The characterization included optical and scanning electron microscopy, thermal analasys, X-ray diffraction, energy dispersive spectometry and mechanical testing. The results obtained indicate that the Ni-NhSi eutectic is characterised by cell and dendrite-free and well-aligned lamellar structure on a micron scale. In addition, the scaling laws of the variation in lamellar spacing with growth rate are quantitatively developed. Mechanical testing showed that the high-strength composite material with a moderate ductility was developed. Finally, despite the presence of an intermetallic phase, highly regular structure was obtained. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T06:44:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_JeanRobertPereira_D.pdf: 8469417 bytes, checksum: c6f621d0fa37a4e40a4c2dfa293171d2 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Em operações industriais de fundição, a possibilidade de implantação de uma diversidade de condições operacionais tem como conseqüência a geração de uma ampla gama de estruturas de solidificação que influencia decisivamente nas características mecânicas e na qualidade do produto final. Foi desenvolvida no presente trabalho, por meio de uma seqüência de experimentos, uma análise comparativa do processo de solidificação unidirecional vertical ascendente, em condições transitórias de fluxo de calor, do alumínio comercialmente puro e das ligas Al-Mg com diferentes composições. Esta análise visa investigar experimentalmente o efeito da composição nos principais parâmetros do processo de solidificação e sua influência nas estruturas de solidificação. Após a obtenção dos lingotes e registradas as variações de temperatura, foram determinados os seguintes parâmetros de solidificação: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de avanço da frente de solidificação, gradiente de temperatura em frente à isoterma liquidus, taxa de resfriamento e tempo local de solidificação. São também analisados aspectos relativos a desvios observados na direção preferencial de crescimento durante a solidificação. A análise das macroestruturas obtidas evidencia que a transição colunar/equiaxial é afetada pelo teor de magnésio. É estabelecida no trabalho a dependência dos espaçamentos interdendríticos em relação aos parâmetros de solidificação. Estes espaçamentos dendríticos experimentais referentes a solidificação das ligas Al com 5, 10 e 15%Mg, são usados para estimar por meio de método heurístico a permeabilidade nos canais interdendríticos e também comparados com alguns modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura / Abstract: In industrial casting operations, the possibility of implantation of a diversity of operational conditions has as consequence the generation of a wide range of solidification structures, affecting the mechanical properties and the quality of the final product. It is developed in the present work, applying a sequence of experiments, a comparative analysis of the vertical unidirectional solidification process, under transient heat flow conditions of aluminum commercially pure and Al-Mg alloys with different compositions. This analysis investigate experimentally the effect of the composition in the main solidification parameters and their influence in the structure formation. After obtaining the ingots and registered the temperature variations, the following solidification parameters were obtained: transiet heat transfer coefficients at metal/mold interface, dendrite tip growth rates, thermal gradients, cooling rates and local solidification time. It was also analysed aspects relative to deviations observed in the growth preferential direction during the solidification. The analysis of the obtained microstructures shows that the structure columnar/equiaxed is affected by the magnesium content. It is established in the work the dependence of the interdendritics arm spacings with the solidification parameters and the results were compared with some theoretical models found in the literature. These experimental dendritics arm spacings referring the solidification of Al with 5, 10 and 15 wt % Mg alloys, are used to estimate, applying a heuristic method, the permeability of the interdendritic channels / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Um modelo matemático para a transferência de calor no processo de refusão por eletroescória (ESR - \"electroslag remelting\") foi implementado a partir da equação diferencial de condução de calor transiente em coordenadas cilíndricas. A resolução numérica da equação diferencial foi facilitada através de uma mudança de variável que possibilitou fixar-se o tamanho do domínio de cálculo durante o período de crescimento do lingote. Duas análises foram conduzidas. Na primeira, uma análise paramétrica foi feita e na segunda um caso industrial foi analisado. Na primeira analise, a equação diferencial foi escrita na forma adimensional, indicando os parâmetros adimensionais importantes para o processo. Realizou-se um estudo paramétrico do modelo examinando-se o efeito de algumas variáveis de processo na geometria da poça de fusão, no tempo local de solidificação (LST) e no comprimento do lingote necessário para o sistema atingir um regime quase-estacionário. As variáveis de processo escolhidas para o estudo foram: (1) a taxa de refusão; (2) o tipo de material refundido e (3) as condições de extração de calor pelo molde. Os resultados mostraram que não é possível definir, para todas as condições industriais, uma única razão entre o comprimento e o raio do lingote no momento em que a poça de fusão atinge estado quase-estacionário. Observou-se ainda que o número de Stefan, que define o tipo de material, tem efeito desprezível na profundidade da poça de fusão e no tempo local de solidificação quando atinge valores maiores do que 0,5. Na segunda análise (caso industrial), o modelo foi usado para simular a refusão industrial de um lingote da liga ASTM F138. O perfil da poça de fusão e o fluxo de calor na interface metal-lingoteira foram medidos e apresentaram uma excelente aderência aos resultados do modelo. Os resultados apresentados permitem ainda a determinação (sob o ponto de vista microestrutural) do valor ótimo da taxa de refusão e do momento em que o processo atinge o estado quase-estacionário para uma ampla faixa de materiais, diâmetros de lingote e condições de transferência de calor adotadas industrialmente. / A mathematical model for heat transfer in the electroslag remelting process (ESR) was implemented using the transient heat conduction equation in cylindrical coordinates. The solution of the equations was facilitated by using a change of the axial coordinate, also known as the Landau transformation, which fixed the calculation domain size during the ingot growth period. Two analyses were carried out. In the first, a parametric study of the model was done, while in the second, the solidification of an industrial ingot was modeled. In the first analysis, the differential equation in dimensionless form indicated the important processing parameters, namely, the melting rate, the type of solidifying material, and the heat extraction to the mold. The effects of these parameters were examined on the pool profile geometry, local solidification time (LST) and length of ingot to reach quasi-steady state. The results showed that it is not possible to define, for all industrial conditions, a unique ratio of ingot length to ingot radius when the metal pool reaches the quasi-steady state. It was also observed that the Stefan number (Ste), which defines the type of solidifying material, had a negligible effect on the pool depth and on the LST for Ste > 0.5. In the second analysis, the model was used to simulate the solidification in the ESR process of an ingot made of the ASTM 138 steel. The geometric profile of the metal pool and the heat flux at the metal-mold interface were measured, showing reasonable agreement with the model results. Finally, the results given in the present work allow the definition (from a microstructural standpoint) of the optimum melting rate and the time to reach quasi steady-state for a wide range of industrial materials, ingot diameters and heat transfer conditions.

As propriedades mecânicas, de corrosão e a condutividade térmica e elétrica, aliadas à relativa facilidade de fundir atribuem grande relevância ao cobre e suas ligas. Algumas destas propriedades podem ser significativamente melhoradas com a diminuição do tamanho de grão da estrutura bruta de solidificação a partir do tratamento de inoculação do banho líquido. Este tratamento aumenta o número de núcleos sólidos, diminuindo assim o tamanho médio de grão. Neste trabalho, foi realizado um estudo do refino de grão da estrutura bruta de solidificação a partir da inoculação com adições de C, P e Zr a ligas do sistema Cu-Zn com teores de até 30% de Zn. Três séries de experimentos principais foram realizadas. Na primeira, o teor de Zr na liga Cu- 30%Zn foi gradativamente aumentado até 0,4% para mostrar o efeito do Zr. Na segunda, o teor de Zr foi mantido constante em 0,08%, enquanto o teor de Zn foi elevado gradativamente até 30% para mostrar o efeito do Zn. Na terceira foram testadas adições isoladas e conjuntas de C, P e Zr para verificar o efeito de cada elemento no refinamento de grãos. As amostras foram caracterizadas e analisadas por diferentes técnicas: (a) observação da macroestrutura de grãos; (b) análise química; (c) análise térmica; (d) microscopia óptica; (e) microscopia eletrônica de varredura; (f) microanálise EDS; g) microanálise WDS e h) difração de raios X. Os resultados mostram que o tamanho médio de grão diminui significativamente nas ligas do sistema Cu-Zn (6% <= Zn <= 30%) quando Zr e P são adicionados simultaneamente. Isoladamente, estes elementos quando adicionados, não reduzem significativamente o tamanho de grão. Nota-se também que o tamanho de grão é cada vez menor à medida que o teor de Zn aumenta de 0 a 30% com a adição de 0,08%Zr, porém não se observa uma correlação entre tamanho de grão e teor de Zn quando Zr não é adicionado. Uma análise da microestrutura dos lingotes utilizando as técnicas mencionadas mostra que a diminuição do tamanho médio de grão a partir de adições de Zr e P coincide com o aparecimento de precipitados facetados ricos em Zr e P. Esta análise indica que um possível mecanismo de inoculação dos latões é a nucleação heterogênea da fase sólida Cu-µ, com estrutura cristalina cúbica de faces centradas, sobre partículas sólidas de ZrP, com estrutura hexagonal compacta, formadas no banho líquido após as adições de Zr e P. / Good mechanical and corrosion properties, large thermal and electrical conductivities, as well as relatively large castability are characteristics that contribute to the importance of copper and copper alloys. Some of these properties are enhanced when the average grain size of the as-cast structure decreases by inoculation of the melt. The inoculation treatment increases the number of solid nuclei, causing a reduction in the average grain size. In the present work, an investigation of the grain refinement by inoculation with Zr and P additions to Cu-Zn melts with contents of Zn up to 30%(mass) was carried out. Three series of experiments were conducted. In one the Zr content of the Cu-30%Zn alloy was gradually increased up to 0.4% to reveal the effects of Zr, while in the second series, the concentration of Zr was constant, equal to 0.08%, but the Zn content was gradually increased to 30% to show the effect of Zn. The third one was to test separate and conjunct addition of C, P and Zr in order to understand each elements effect on grain refinement. The resulting samples were characterized and analyzed by several techniques: (a) visual observation of the grain macrostructure; (b) chemical analysis; (c) thermal analysis; (d) optical microscopy; (e) scanning electron microscopy; (f) EDS microanalysis; (g) WDS microanalysis; and (h) X-Ray diffraction. The results show that the average grain size of the Cu-Zn alloys (6% <= Zn <= 30% mass) decreases significantly when Zr and P are both added to the melt. Nevertheless, average grain size is not reduced significantly when either Zr or P are added separately to the melt. When 0.08%Zr is added, the average grain size decreases as the concentration of Zn increases from 0 to 30%Zn, but without Zr additions, the Zn content and the average grain size are uncorrelated. The microstructural analysis with the techniques listed before show that the decrease in average grain size caused by Zr and P additions coincide with the observation of faceted precipitates rich in Zr and P. This analysis indicates that the inoculation mechanism is probably the heterogeneous nucleation of solid Cu-µ, of face-centered-cubic lattice structure, on solid particles of ZrP, with hexagonal compact structure, formed in the melt after Zr and P additions.

As ligas de cobre têm grande importância na fabricação de produtos metálicos que necessitam de boa resistência à corrosão e/ou alta condutividade térmica e elétrica. A sua estrutura de grãos bruta de solidificação define diversas propriedades requeridas em serviço/processamento e o refino desta estrutura pode ser realizado a partir da inoculação do banho metálico antes do início da solidificação, aumentando o número de núcleos sólidos formados. A inoculação e os mecanismos de refino de grão em ligas de cobre foram pouco investigados e não são entendidos suficientemente para permitir o projeto de inoculantes. O presente trabalho tem como principal objetivo identificar os mecanismos fundamentais de inoculação e refino de grão das ligas do sistema Cu-Sn a partir de adições de Zr aos banhos líquidos antes da solidificação. Amostras cilíndricas foram produzidas a partir da solidificação das ligas a uma taxa de resfriamento de ~ 0,8 ?C/s. Estas amostras foram analisadas por diferentes técnicas: (a) observação da macroestrutura de grãos; (b) análise térmica das curvas de resfriamento obtidas durante a solidificação; (c) análise química; (d) exame da microestrutura em microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) com emissão de campo (FEG), microscopia eletrônica de transmissão (MET) com e sem o feixe de íons (FIB) e (e) microanálise por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Observa-se que adições de Zr na faixa de 0,04 a 0,4% a banhos da liga Cu-8%Sn com cobertura de pó de grafita reduzem o tamanho médio de grão em até 90%, mas não causam efeito significativo sem a cobertura de grafita. Este efeito da diminuição do tamanho de grão com a adição de Zr torna-se significativo somente para teores de Sn >=4%. Esta redução de tamanho médio de grão é acompanhada do aparecimento de partículas facetadas na microestrutura, identificadas como ZrC a partir de padrões de difração de elétrons e microanálises EDS. Uma análise teórica mostra desajustes entre os reticulados do ZrC e do Cu? tão pequenos quanto 1,9%, indicando que estas partículas podem funcionar como centros efetivos para a nucleação heterogênea e causar o refino de grão em ligas de Cu. Parâmetros extraídos da recalescência das curvas de resfriamento, como a diferença entre as temperaturas mínima e máxima da recalescência, apresentaram boa correlação com o tamanho médio de grão final, indicando a possibilidade do controle do tamanho de grão em ligas Cu-Sn com adições de Zr a partir da análise térmica. / Copper alloys are important to the production of metallic parts with good corrosion resistance and high thermal and electrical conductivity. The as-cast grain structures of these alloys are closely related to the properties required in service or during processing. The refining of the grain structure can be achieved by inoculation of the metallic melt, before the beginning of solidification, increasing the number of solid nuclei. The inoculantion and grain refining of copper alloys have been poorly investigated and are not sufficiently understood to enable the design of inoculants. The objective of the present work is to identify the fundamental mechanisms underlying the inoculation and grain refining of Cu-Sn alloys by additions of Zr to the melt prior to solidification. Cylindrical samples of these alloys were cast at a cooling rate of ~0,8 ?C/s. These samples were analyzed using different techniques: (a) observation of the grain macrostructure; (b) thermal analysis of the cooling curves collected during solidification; (c) chemical analysis; (d) observation of the microstructure in the optical microscope, scanning electron microscope (SEM) with field emission gun (FEG), trasmission electron microscope (TEM) with and without the focused ion beam (FIB) for sample preparation and (e) energy dispersive spectroscopy (EDS) microanalysis. The results show that additions of Zr in the range between 0,04 and 0,4% to melts of a Cu-8%Sn alloy with a graphite powder cover decrease the average grain size by up to 90%, but have no effect without the graphite cover. The decrease in grain size obtained with Zr additions become significant only for alloys with %Sn >==4 and is followed by the appearance of faceted particles in the microstructure, identified as ZrC after examining electron difraction patterns and EDS microanalyses of the particles.

A presente pesquisa realizou um estudo que investiga a viabilidade técnica para a reciclagem do resíduo sólido gerado pelo descarte das areias de fundição aglomeradas com argila, para aplicação no setor da construção civil. Para isso, o trabalho estabelece uma metodologia, a qual avalia a estabilização do resíduo em matrizes solidificadas de cimento Portland, melhoradas através de adições de argila bentonita sódica e/ou sílica ativa. A estabilização do resíduo foi verificada através de ensaio de solubilização, o qual submete as matrizes solidificadas a contatos dinâmico e estático com água destilada. Os desempenhos mecânico e físico das matrizes foram avaliados em ensaios de resistência à compressão, absorção de água e permeabilidade ao ar. Os resultados obtidos demonstram que, tanto a bentonita sódica, quanto a sílica ativa contribuem para o aumento da eficiência de fixação dos metais \'AL\', \'FE\' e \'CR\' por parte das matrizes de cimento Portland. As composições que obtiveram os melhores desempenhos mecânico, físico e químico foram utilizadas na confecção de tijolos maciços, visando aplicação na execução de alvenarias. Para a moldagem dos tijolos foi empregada uma prensa hidráulica, o que possibilitou manter a regularidade dimensional das faces. Ao mesmo tempo, o formato dos tijolos foi concebido com design diferenciado, proporcionando modulação e encaixes que podem reduzir significativamente o consumo da argamassa de assentamento. Os tijolos foram submetidos aos ensaios de solubilização, resistência à compressão e absorção de água, apresentando resultados satisfatórios e comprovando a viabilidade técnica para aplicação na execução de alvenarias. / In this research, a study that investigates the technical feasibility for the recycling of solid waste generated by the disposal of the foundry sands bonded with clay, for implementation in the construction industry, was conducted. For this reason, the work establishes a method, which assesses the stabilization of waste in solidified matrices of Portland cement, improved by the additions of sodium bentonite clay and/or silica fume. The stabilization of the waste was verified by solubilization test, which puts the solidified matrices in static and dynamic contacts with distiled water. The mechanical and physical performances of the matrices were evaluated in tests of resistance to compression, absorption of water and air permeability. The results show that both the sodium bentonite, and the active silica contribute to increase the fixation efficiency of the metals \'AL\', \'FE\' and \'CR\' by the matrices of Portland cement. The compositions that have the best mechanical, physical and chemical performance were used in the manufacture of massive bricks, seeking their use in the implementation of masonry. For the molding of bricks a hydraulic press was used, which allowed to keep the dimensional regularity of the faces. At the same time, the format of the bricks was designed with different shapes, providing modulation and fitting that can significantly reduce the consumption of settlement mortar. The bricks were subjected to tests of solubilization, resistance to compression and absorption of water, showing satisfactory results that confirm the technical feasibility for being used in the implementation of masonry.